أول محرك دفع صلب الزنك ينجح في الاشتعال في الفضاء، ويوفر خيارًا جديدًا لمحركات الأقمار الصناعية الكهربائية

أجرت قمر صناعي أول عملية تشغيل لمحرك تأثير هول Hall-effect باستخدام الزنك الصلب كوقود، مما أتاح خيارًا جديدًا لمهندسي المركبات الفضائية في مجال الدفع الكهربائي. وقد قامت شركة Muon Space بإجراء هذا الاختبار في 1 يوليو على متن القمر الصناعي SERT-III، الذي تم تصميمه خصيصًا لاختبارات الدفع. تم اختبار نظام Starlight الخاص بالشركة في ظروف المدار الفعلية. وقد نجح المحرك في الاشتعال من المحاولة الأولى، حيث تطابقت البيانات التي تم استقبالها عن بُعد مع التوقعات المستمدة من الاختبارات الأرضية، بينما كشف تتبع المدار عن حدوث تغيير قابل للقياس في مسار المركبة الفضائية.

أصبح محرك تأثير هول الذي يستخدم الزينون كوقود هو الخيار القياسي للدفع الفعال للأقمار الصناعية. تستخدم معظم الأنظمة الزينون أو الكريبتون، مما يتطلب تخزينًا عالي الضغط ويزيد من تعقيد تصميم المركبة الفضائية. يتبع نظام Starlight نهجًا مختلفًا، حيث يستخدم الزنك الصلب كوقود، والذي يظل مستقرًا في درجة حرارة الغرفة ولا يحتاج إلى خزانات ضغط، مما يبسط تكامل المركبة الفضائية وعملياتها على الأرض. ويتميز الزنك بتكلفة أقل من وقود الغازات النبيلة التقليدية، كما أنه متوفر على نطاق أوسع. وتصبح هذه العوامل مهمة بشكل خاص بالنسبة لمشغلي الأقمار الصناعية الذين يقومون بنشر مجموعات أكبر من الأقمار الصناعية، حيث أن تقليل تكاليف الأجهزة والدفع يصبح أكثر وضوحًا عند تشغيل نفس النظام على عدة مركبات فضائية.

مزايا محرك الدفع بالزنك الصلب

أوضحت شركة Muon أن نظام Starlight يمكن أن يدعم رفع المدار والمحافظة على الموقع والهبوط المتحكم به للأقمار الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم. كما يعالج النظام تحديًا عمليًا واجهه الدفع الكهربائي لسنوات عديدة. حيث يحتاج مشغلو الأقمار الصناعية إلى محركات دفع فعالة، ولكن يجب أن تتكيف أجهزة الدفع مع قيود كتلة وتكامل المركبة الفضائية الضيقة. وقد تم تصميم SERT-III خصيصًا لاختبار أداء نظام الدفع في الفضاء. حيث تم تجهيز المركبة الفضائية بأجهزة استشعار لقياس الأداء وتفاعلات المركبة الفضائية، وكذلك المواد المترسبة من غاز العادم للمحرك. وقد حددت الاختبارات الأرضية الأداء المتوقع عند مستويات مختلفة من الخانق وظروف العمل المختلفة، بينما قدم اختبار المدار فرصة لمراجعة ما إذا كانت هذه النتائج لا تزال سارية في حالة انعدام الجاذبية.

وقد أكدت النتائج هذه التوقعات. وفقًا لتقرير Muon، فإن المحرك قد غذى الزنك بشكل مستقر وغازه أثناء الاشتعال. كما أكدت بيانات التتبع أن المركبة الفضائية تعرضت لقوة الدفع المتوقعة. كما راقب المهندسون الترسبات غير المرغوب فيها من الزنك حول المركبة الفضائية. حيث اكتشف مقياس دقيق بلوري حراري كهربائي ترسبات أقل من النموذج المتوقع قبل الرحلة حول المحرك. وقد أعطى هذا النتيجة للمهندسين المزيد من البيانات لفهم سلوك الزنك بعد مغادرته للمحرك، كما ينبغي أن يساعد في تحسين نماذج غاز العادم والتلوث في المركبات الفضائية المستقبلية.

وصف الرئيس التنفيذي لشركة Muon، Jonny Dyer، عملية الاشتعال المدارية هذه بأنها معلما مهما في مجال الدفع الكهربائي. وأوضح أن الشركة اختارت الاستحواذ على Starlight Propulsion لأن الزنك يمكن أن يحل مشكلة دائمة في سلسلة توريد الدفع. كما تجنب هذا الاختبار وضع أجهزة تجريبية على مهام العملاء الرئيسيين، حيث وفر SERT-III للمهندسين قمرًا صناعيًا مخصصًا لجمع بيانات الدفع، دون تعريض المهام الأخرى للخطر.

خطط التطوير المستقبلية

تخطط Muon الآن لدمج بيانات الرحلة في التطوير الإضافي لـ Starlight. سيركز المهندسون على موثوقية النظام والإنتاج وإدارة غاز العادم، وذلك بهدف دفع النظام إلى مرحلة الإنتاج الضخم. وتتوقع الشركة أن يصل الجيل الحالي من المحركات إلى مركبات العملاء الفضائية بحلول نهاية عام 2026. كما تقوم Muon بتطوير نظام أكبر من الجيل الثاني، وتخطط لإجراء اختبار مداري للجيل الثاني في الربع الأول من عام 2027. تم تصميم هذا الإصدار للمركبات الفضائية الأكبر حجمًا، وقد يوسع من استخدام هول الدفع القائم على الزنك إلى سوق أقمار صناعية أوسع.

إذا أكدت الاختبارات القادمة النتائج المبكرة، فقد يصبح وقود المعادن الصلبة خيارًا عمليًا لعدد أكبر من المركبات الفضائية التجارية.

إمكانات وتحديات تقنية الدفع بالزنك الصلب

يمثل الاختبار الناجح لمحرك الدفع بالزنك الصلب تقدمًا مهمًا في تكنولوجيا الدفع الفضائي، خاصة فيما يتعلق بتخفيض التكاليف وتبسيط التصميم. وتعتمد أنظمة الدفع التقليدية على الغازات عالية الضغط، مما يزيد من تعقيد المركبة الفضائية، بينما يساعد استخدام الزنك الصلب في تقليل هذه التحديات. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر هذه الطريقة في الدفع إمكانية جيدة للتطبيق في الأقمار الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم، كما ستعمل خطط التطوير المستقبلية على تعزيز المزيد من التوسع التجاري لها. ومع ذلك، لا يزال من الضروري حل مشكلات موثوقية المحرك وإدارة غاز العادم لضمان فعاليتها في مختلف المهام.